岩石独立栄養生物

岩石独立栄養生物は、鉱物（無機）起源の還元化合物の反応からエネルギーを得る生物である。 ^{[1] 2種類の岩石独立栄養生物はエネルギー源によって区別される。}光石独立栄養生物は光からエネルギーを得るのに対し、化学石独立栄養生物（化学無機栄養生物または化学独立栄養生物）は化学反応からエネルギーを得る。^[1]化学無機独立栄養生物はもっぱら微生物である。光石独立栄養生物には植物などの大型植物が含まれるが、これらはエネルギーのために還元化合物の鉱物源を利用する能力を持たない。ほとんどの化学無機独立栄養生物は細菌ドメインに属し、一部は古細菌ドメインに属する。^[1]岩石独立栄養細菌は、エネルギー放出反応において無機分子のみを基質として利用できる。 「岩石栄養生物」という用語は、ギリシャ語の「岩」を意味するlithos ( λίθος ) と「消費者」を意味するtrōphos ( τροφοσ ) に由来し、文字通りには「岩を食べる者」と読むことができる。名前の「岩石栄養生物」の部分は、これらの生物が電子源として無機元素/化合物を使用するという事実を指し、「独立栄養生物」の部分は、炭素源が CO ₂であることを意味する。^[1]多くの岩石独立栄養生物は極限環境生物であるが、これは普遍的ではなく、酸性鉱山排水の原因となるものもある。

岩石独立栄養生物は、還元化合物の供給源が極めて特異である。そのため、岩石独立栄養生物がグループとして示す無機化合物の利用の多様性にもかかわらず、ある特定の岩石独立栄養生物は、エネルギーを得るために1種類の無機分子のみを使用する。化学合成無機栄養生物の例としては、嫌気性アンモニア酸化細菌（ANAMMOX）があり、アンモニアと亜硝酸塩を使用してN2を生成する_。 [ ^1]さらに、2020年7月、研究者らは、無関係な実験を行った後、金属マンガンを餌とする化学合成無機栄養細菌培養物の発見を報告し、その細菌種をCandidatus Manganitrophus noduliformansおよびRamlibacter lithotrophicusと命名した。^[3]

一部の化学無機栄養生物は、代謝に還元電位の低い酸化還元半反応を利用しており、有機栄養経路を利用する生物に比べて多くのエネルギーを収穫できない。^{[1]このため、}ニトロソモナスなどの一部の化学無機栄養生物はNAD ^+を直接還元することができず、そのためこれらの生物は逆電子伝達を利用してNAD ^+を還元し、NADHとH ^+を形成する。^[1]

岩石独立栄養生物は、土壌を形成するための母材（岩盤）の風化や、硫黄、カリウム、その他の元素の生物地球化学的循環など、多くの地質学的プロセスに関与している。 ^[1] 鉄還元環境でのアンモニウムの変換などの現象を説明するために必要であるため、これらのサイクルのいくつかに基づいて、未発見の微生物岩石独立栄養生物株の存在が理論化されている。^[4]岩石独立栄養生物は、地球の深部地下（地球の表面から3 kmをはるかに超える深さで発見されている）、土壌、および岩石内コミュニティに存在する可能性がある。多くの重要な栄養素の遊離を担い、土壌の形成に関与するため、岩石独立栄養生物は地球上の生命の維持に重要な役割を果たしている。例えば、窒素循環はアンモニウム酸化古細菌、ANAMMOX細菌、およびNitrospira属の完全アンモニウム酸化（COMAMMOX）細菌の活動によって影響を受けます。^[4]

アンモニウム（NH ₄ ⁺）、硫化水素（H ₂ S）、温室効果ガスの メタン（CH ₄ ）などのいくつかの環境有害物質は、化学合成独立栄養生物によって、N ₂、SO ₄ ^2-、CO ₂などの環境への害が少ない形態に変換される可能性があります。^[4]これらの生物はこれらの変換を行うために酸素を必要とすると長い間信じられてきましたが、最近の文献では、これらのシステムには嫌気性酸化も存在することを示唆しています。^[4]

岩石独立栄養微生物群集は、酸性鉱山排水として知られる現象の原因であり、鉱山の尾鉱の山や露出した岩面に存在する黄鉄鉱が酸素を使用して代謝され、亜硫酸塩が生成され、これが水に溶解して空気中の酸素にさらされると、潜在的に腐食性の硫酸を形成する。^{[5]酸性鉱山排水は、}地下水と小川の酸性度と化学的性質を劇的に変え、動植物の個体群を危険にさらす可能性がある。酸性鉱山排水に似ているがはるかに小規模な活動は、氷河の岩床、土壌と崖錐、地下深部などの自然環境でも見られる。

• 硫黄循環- 地球上で硫黄が移動する経路
• 酸化還元反応- 地球上のエネルギー代謝やその他の化学反応の多くを支配する反応